膜電極是電堆的核心部件,由催化劑、質子交換膜、碳紙組成,其成本約占氫燃料電池系統的36%。目前商用催化劑為鉑/碳,其成本約占氫燃料電池系統成本的23%,是成本的主要來源。質子交換膜、碳紙材料成本也較高,國內主要依靠進口,在性能和批量化上與國外還存在差距。膜電極已經發展到第三代有序化膜電極技術,趨勢是降低大電流密度下的傳質阻力,進一步提高燃料電池性能,降低催化劑用量,使膜電極的材料成本大幅降低。
均一性是制約電堆性能的重要因素,也是影響制造成本的關鍵。電堆通常由數百節單電池串聯而成,均一性與材料的均一性、部件制造過程的均一性有關;特別是流體分配的均一性,不僅與材料、部件、結構有關,還與電堆組裝過程、操作過程密切相關。由于操作過程生成水累積引起的不均一、電堆邊緣效應引起的不均一等,電堆中一節或少數幾節單電池的不均一會導致局部單節電壓過低,限制了電流的加載幅度。設計、制造、組裝、操作控制等環節產生的不均一性直接影響電堆的比功率,進而影響電堆成本。
氫燃料電池使用環境對其壽命和性能有重要影響。鉑基催化劑與燃料中的一氧化碳、硫等物質發生反應會導致其失去活性,無法再進行催化作用,進而導致電堆壽命縮減??諝庵袠O少量SO2和NOx雜質會引起燃料電池中毒,造成燃料電池電壓衰減,進而影響燃料電池性能。有關空氣質量、氫氣品質對氫燃料電池車使用性能的影響已被業界關注。
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